Tensile cracking in concrete and sandstone: Part 1—Basic instruments: Fid-Bau Portal

Tensile cracking in concrete and sandstone: Part 1—Basic instruments

Vervuurt, Adri / Schlangen, Erik / Mier, Jan G. M.

Abstract In this paper, the behaviour of concrete and sandstone specimens subjected to uniaxial tension is described in detail. The results are a summary of the work completed over the past years and will be presented in two parts. A lattice model has been developed, which is used to explain the behaviour observed in laboratory-scale specimens. The model, which will be outlined in this first paper, adopts a perfectly elastic brittle fracture law at the meso-level (particle level) of the material and is capable of simulating crack face bridging in the softening regime quite realistically. The comparison with crack patterns observed in a series of vacuum impregnation tests is quite favourable. Although the crack patterns compare well, the load-deformation diagrams calculated with the model are still too brittle in comparison with experimentally-measured load-displacement responses. Neglecting the small particles in the material structure and omitting the third dimension in the analyses are two reasons for the overrated brittleness and are worked out in this paper. Because of the localised nature of the fracture process in the softening branch, the specimen size and boundary conditions must have a significant effect on the process. The effect of boundary rotations is analysed in part 2 of this paper.

Résumé On expose en détail le comportement en traction du béton et du grès. Les résultats présentés résument le travail de ces dernières années. Ce rapport est divisé en deux parties. Dans la première, on présente un modèle numérique réticulaire permettant d'analyser le comportement des matériaux granulaires hétérogènes à l'échelle des éprouvettes de laboratoire. Un critère de fracture élastique-fragile est défini à l'échelle des granulats dans les matériaux. La mécanique du «crack face bridging» dans le régime d'adoucissement est simulée de façon très réaliste. La comparaison avec des fissures simultées et mesurées dans des essais d'imprégnation est tout à fait favorable. Malgré la bonne concordance des modèles de fissuration, les diagrammes contrainte/déformation calculés avec le modèle numérique sont encore trop fragiles par rapport à ceux qu'on obtient avec les réponses contrainte/déplacement mesurées de façon expérimentale. L'excès de fragilité s'explique du fait qu'on n'a pas tenu compte des petites particules de granulat et de la troisième dimension dans les analyses. Dans la deuxième partie, on rend compte de l'effet de la chamière montée sur les dalles de chargement dans les essais en traction. On compare les résultats des essais avec les simulations numériques et on observe un résultat très significatif sur l'énergie de rupture.